JP2002525652A - How to use the adjustment exposure mask - Google Patents

How to use the adjustment exposure mask

Info

Publication number
JP2002525652A
JP2002525652A JP2000570637A JP2000570637A JP2002525652A JP 2002525652 A JP2002525652 A JP 2002525652A JP 2000570637 A JP2000570637 A JP 2000570637A JP 2000570637 A JP2000570637 A JP 2000570637A JP 2002525652 A JP2002525652 A JP 2002525652A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
photoresist
mask
absorbing material
surface relief
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000570637A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
デビッド、アール.ブラウン
バリー、エス.マッコイ
ジェラルド、タック
スコット、マイルズ
ブルース、ピーターズ
Original Assignee
メンズ、オプティカル、リミテッド、ライアビリティ、カンパニー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by メンズ、オプティカル、リミテッド、ライアビリティ、カンパニー filed Critical メンズ、オプティカル、リミテッド、ライアビリティ、カンパニー
Publication of JP2002525652A publication Critical patent/JP2002525652A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/0005Production of optical devices or components in so far as characterised by the lithographic processes or materials used therefor
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/50Mask blanks not covered by G03F1/20 - G03F1/34; Preparation thereof
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216Mask projection systems

Abstract

(57)【要約】 基板(240)上にフォトレジスト材料の層(250)を供給することを包含するフォトリソグラフィー方法。輻射線が、吸収材料(220)の厚さに比例する透過率で輻射線を吸収する吸収材料の層を通してフォトレジスト材料に透過される。フォトレジスト材料が表面レリーフ形状に対応するパターンに一部のみに露光されるように、表面レリーフ構造が吸収材料に形成される。こうして、フォトレジスト材料が現像される時に、それは吸収材料中の表面レリーフ構造に対応する表面レリーフ構造を有する。その後、現像されたフォトレジスト材料およびターゲット基板をエッチングすると、現像されたフォトレジスト材料中の表面レリーフ構造に対応するターゲット基板中の表面レリーフ構造が形成される。 (57) A photolithographic method comprising providing a layer of photoresist material (250) on a substrate (240). Radiation is transmitted to the photoresist material through a layer of absorbing material that absorbs radiation with a transmission proportional to the thickness of the absorbing material (220). A surface relief structure is formed in the absorbing material such that the photoresist material is only partially exposed to a pattern corresponding to the surface relief shape. Thus, when the photoresist material is developed, it has a surface relief structure corresponding to the surface relief structure in the absorbing material. Thereafter, when the developed photoresist material and the target substrate are etched, a surface relief structure in the target substrate corresponding to the surface relief structure in the developed photoresist material is formed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 発明の分野 本発明は、従来のフォトリソグラフィー方法で用いられる調整露光マスクに関
するものである。そのマスクは、それの厚さに比例した輻射線を吸収する材料の
層を有する。さらにこの吸収材料は、マスクにより吸収される輻射線量がその表
面上で変動するよう成形されている。本発明による調整露光マスクを使用して、
ターゲット基板上に連続可変表面トポグラフィー(continuously variable surf
ace topography)を作製することが可能である。
[0001] The present invention relates to an adjustment exposure mask used in a conventional photolithography method. The mask has a layer of material that absorbs radiation proportional to its thickness. Furthermore, the absorbing material is shaped such that the radiation dose absorbed by the mask varies on its surface. Using the adjustment exposure mask according to the present invention,
Continuously variable surface topography on the target substrate
ace topography).

【0002】 発明の背景 一般には、従来のフォトリソグラフィー方法を使用して、半導体デバイスから
マイクロレンズアレイまでの範囲で様々な細密構造を作る。典型的な従来のフォ
トリソグラフィー方法によると、ターゲット基板は、フォトレジスト材料(即ち
フォトレジスト)で被覆されている。その後、フォトレジストの部分は、マスク
を通して輻射線に露光される。マスクは、輻射線によるフォトレジストの選択部
分の照射を完全に遮断するデザインを具体化しており、フォトレジストのその他
の部分は全て露光される。入射光を完全に遮断する、または全て透過させるのい
ずれかであるこのタイプのフォトリソグラフィーマスクは、今後「二元(binary)
」フォトリソグラフィーマスクと呼ぶ。
BACKGROUND OF THE INVENTION In general, conventional photolithographic methods are used to create various fine structures ranging from semiconductor devices to microlens arrays. According to typical conventional photolithographic methods, a target substrate is coated with a photoresist material (ie, photoresist). Thereafter, portions of the photoresist are exposed to radiation through a mask. The mask embodies a design that completely blocks radiation from irradiating selected portions of the photoresist, with all other portions of the photoresist being exposed. This type of photolithographic mask, which either completely blocks or completely transmits the incident light, is now called "binary"
"Photolithography mask.

【0003】 露光の後、フォトレジストの露光部分は化学反応により除去され、非露光部分
は残存する(またはその逆)。その後、フォトレジスト材料の残余部分および下
にあるターゲット基板の非被覆部分の両者を含む表面全体が、イオンミリングな
ど従来のエッチング方法によりエッチングされる。このエッチング方法は、ター
ゲット基板の非被覆部分をエッチングして、基板中に所望の構造を形成させる。
[0003] After exposure, the exposed portions of the photoresist are removed by a chemical reaction, leaving the unexposed portions (or vice versa). Thereafter, the entire surface, including both the remaining portion of the photoresist material and the uncovered portion of the underlying target substrate, is etched using conventional etching methods such as ion milling. This etching method etches an uncovered portion of the target substrate to form a desired structure in the substrate.

【0004】 しかし、そのような従来のフォトリソグラフィー方法に関わる一つの問題は、
それらが「二元」トポグラフィーを備える構造しか形成させないことである。即
ち、これらの方法は、実質的には2つの明白な高さまたはレベルを備える構造し
か形成させず、低いレベルではフォトレジストが除去され、高いレベルでは残余
のフォトレジスト材料が基板を被覆した。(回折などフォトリソグラフィー方法
の欠点が、それらの界面のレベル間に若干の変動を引き起こすが、これらの変動
は微弱であり、それらは典型的には構造に有利となるため制御することはできな
い。)
However, one problem with such conventional photolithographic methods is that
That they only form structures with a "binary" topography. That is, these methods produced only structures with substantially two distinct heights or levels, with the photoresist removed at lower levels and the remaining photoresist material coated the substrate at higher levels. (Defects in photolithographic methods, such as diffraction, cause some variation between the levels of their interfaces, but these variations are weak and cannot be controlled because they typically benefit the structure. )

【0005】 より複雑な細密構造の要求が高まり、この問題への様々な解決法が探求されて
きた。この問題に対し提案された周知の一解決法が、例えばSwanson他への米国
特許第4,895,790号、同5,161,059号および同5,218,4
71号各明細書に論じられた多段階フォトリソグラフィー法である。図1にそれ
ぞれ示されるこの方法は、繰り返されるフォトリソグラフィーサイクルを用いて
、マルチレベル構造を作製する。
[0005] With the increasing demand for more complex fine structures, various solutions to this problem have been sought. One well-known solution to this problem has been proposed, for example, in US Pat. Nos. 4,895,790, 5,161,059 and 5,218,4 to Swanson et al.
No. 71 is a multi-stage photolithography method discussed in each specification. This method, each shown in FIG. 1, creates a multi-level structure using repeated photolithographic cycles.

【0006】 この方法をより詳細に論じると、第一の方法サイクルは、フォトレジストの層
120で被覆されたターゲット基板110で開始する。フォトレジスト120は
、第一の二元マスク130を通して紫外線に露光される。その後、フォトレジス
ト120の露光部分が除去されて、ドライエッチング方法を用いてターゲット基
板の非被覆部分をエッチングする。この第一方法サイクルが、2レベル構造を生
成する。
To discuss this method in more detail, a first method cycle begins with a target substrate 110 covered with a layer 120 of photoresist. Photoresist 120 is exposed to ultraviolet light through first binary mask 130. Thereafter, the exposed portions of the photoresist 120 are removed, and the uncovered portions of the target substrate are etched using a dry etching method. This first method cycle creates a two-level structure.

【0007】 マルチレベル構造を得るために、2レベル構造は第二方法サイクルを受ける。
現在は2レベルを有するターゲット基板110は、フォトレジストの第二層14
0で被覆される。その後、このフォトレジストの第二層140の部分は、第二の
二元マスク150により紫外線に露光される。第二のフォトレジスト層140の
露光部分が除去され、第二のドライエッチング方法がターゲット基板110の非
被覆部分をエッチングして、4つの明白なレベルを備えた構造を作製する。追加
のフォトリソグラフィーサイクルを利用して、例えば8、16、および32の異
なるレベルを備えた構造を生成させることが可能である。
To obtain a multi-level structure, the two-level structure undergoes a second method cycle.
The target substrate 110, which currently has two levels, includes a second layer 14 of photoresist.
0. Thereafter, portions of this second layer of photoresist 140 are exposed to ultraviolet light by a second binary mask 150. The exposed portions of the second photoresist layer 140 are removed, and a second dry etching method etches the uncoated portions of the target substrate 110 to create a structure with four distinct levels. Additional photolithographic cycles can be used to generate structures with, for example, 8, 16, and 32 different levels.

【0008】 しかし、この多段階フォトリソグラフィー法は、幾つかの問題を有する。第一
に、その方法が長時間をかけて実施される従来のフォトリソグラフィー方法を必
要とするため、時間がかかり労力も多大である。さらに、その露光がこれまでの
フォトリソグラフィー方法により形成された構造と厳密に一致するよう、各二元
マスクが基板により注意深く整位されなければならない。その上、この多段階フ
ォトリソグラフィー法は、別々の即ち「二元の」レベルを備えた構造しか生成し
得ない。この方法を用いて、技術上望ましい連続可変、即ち「アナログ」トポグ
ラフィーを備えた構造を生成させることはできない。
[0008] However, this multi-step photolithography method has several problems. First, the method requires a conventional photolithography method that is performed over a long period of time, which is time-consuming and labor-intensive. In addition, each binary mask must be carefully aligned with the substrate so that its exposure exactly matches the structure formed by previous photolithographic methods. Moreover, this multi-step photolithography method can only produce structures with discrete or "dual" levels. This method cannot be used to produce structures with continuously variable, or "analog" topography, which is technically desirable.

【0009】 従って、連続可変トポグラフィーを備えた細密構造を生成させるために、その
他の方法が提案された。一つのタイプの方法、「直接書込み」法は、所望の構造
を形成させるために、高エネルギー密度の緻密に制御されたビームを用いて、タ
ーゲット基板からの材料をエッチングするまたはターゲット基板上に材料を付着
させる。別法として、そのようなビームを用いて、従来のエッチング方法に先立
ちフォトレジスト材料の層に所望のトポグラフィーを形成させる。直接書込み法
は、集束イオンビーム、高エネルギーレーザービーム、および電子ビームなどの
様々な高エネルギービームで実行することが可能である。例えば Lindquist 他
への米国特許第5,541,411号明細書、Gratrix他への米国特許第5,1
48,419号明細書およびZarowinへの米国特許第5,811,021号各明
細書を参照されたい。
[0009] Therefore, other methods have been proposed to generate fine structures with continuously variable topography. One type of method, the "direct write" method, is to etch or remove material from a target substrate using a high energy density, tightly controlled beam to form the desired structure. To adhere. Alternatively, such a beam is used to form a desired topography in a layer of photoresist material prior to a conventional etching method. The direct writing method can be performed with various high energy beams, such as a focused ion beam, a high energy laser beam, and an electron beam. For example, U.S. Pat. No. 5,541,411 to Lindquist et al., And U.S. Pat.
See US Pat. No. 48,419 and US Pat. No. 5,811,021 to Zarowin.

【0010】 しかし、直接書込み法もまた問題を有する。各トポグラフィーの形状が個々に
切断されなければならないため、この方法は時間がかかり、大きなデバイス(即
ち、数平方ミリメートルよりも大きな面積のデバイス)を作製するにはしばしば
非実用的である。さらに、フォトリソグラフィー方法とは異なり、デバイスを直
接書込み法により個々に生成させることしかできず、それがいくつかよりも多く
のデバイスが必要となるあらゆる目的においてそれを非実用的にしている。その
上、直接書込み法は、集束イオンビーム発生装置または電子ビーム発生装置など
高価な装置が必要である。
However, the direct writing method also has a problem. This method is time consuming because each topography feature must be cut individually, and is often impractical for making large devices (ie, devices with an area greater than a few square millimeters). In addition, unlike photolithographic methods, devices can only be individually generated by direct writing, making it impractical for any purpose that requires more than some devices. In addition, the direct writing method requires expensive equipment such as a focused ion beam generator or an electron beam generator.

【0011】 専用のマスクを使用するフォトリソグラフィー方法により連続可変トポグラフ
ィーを得るために、その他の方法が提案された。例えば、Galへの米国特許第5
,310,623および同5,482,800号明細書には、「グレースケール
」リソグラフィー方法の使用が教示されている。この方法は、従来のリソグラフ
ィー方法と同様に、二元マスクを使用するが、マスクの不透明部分が非常に小さ
な画素(例えば1〜100ミクロン)で作り上げられている。これらの画素は、
写真複写機で生成されるものと同様に、マスクにより提供される全体映像がグレ
ースケールの映像となるよう配置される。即ち、このような小さな画素は、全体
としてマスクに透過される光の割合がそれの表面上で変動するよう配置される。
しかしこの方法では、マスクは本来制限された忠実度を有する縮小ステッパ(re
duction stepper)により映像再現されなければならない。こうして、実用的問
題のために、このグレースケールリソグラフィー方法の適用は、典型的には比較
的小さなデバイス(例えば0.5インチ)に限定される。
Other methods have been proposed for obtaining continuously variable topography by a photolithographic method using a dedicated mask. For example, US Patent No. 5 to Gal
, 310,623 and 5,482,800 teach the use of "grayscale" lithographic methods. This method uses a binary mask, similar to conventional lithographic methods, but the opaque portions of the mask are made up of very small pixels (eg, 1-100 microns). These pixels are
Similar to that produced by the photocopier, the entire image provided by the mask is arranged to be a grayscale image. That is, such small pixels are arranged such that the percentage of light transmitted through the mask as a whole varies on its surface.
However, in this method, the mask is a reduced stepper (re) with inherently limited fidelity.
The image must be reproduced by an induction stepper. Thus, due to practical issues, the application of this grayscale lithography method is typically limited to relatively small devices (eg, 0.5 inches).

【0012】 連続可変またはアナログのトポグラフィーを得るためのさらに別タイプのフォ
トリソグラフィー法が、ホログラフィー/インターフェロメトリータイプの方法
である。この方法は、輻射線の複数のコヒーレントビーム間の干渉により引き起
こされる輻射線パターンに選択的にフォトレジストを露光する。しかしこの方法
では、干渉パターンを適当に設定することが困難なため、達成し得る表面レリー
フ構造が制限される。その上、各ホログラフィー/インターフェロメトリー方法
により生成し得るデバイスは一つのみであることが、この方法をいくつかより多
くのデバイスを必要とするあらゆる使用で非実用的にしている。
Yet another type of photolithographic method for obtaining continuously variable or analog topography is the holographic / interferometric type method. The method selectively exposes a photoresist to a radiation pattern caused by interference between multiple coherent beams of radiation. However, in this method, it is difficult to appropriately set the interference pattern, and thus, the achievable surface relief structure is limited. Moreover, the fact that only one device can be produced by each holographic / interferometric method makes this method impractical for any use that requires several more devices.

【0013】 連続可変トポグラフィーを生成するためのさらに別のフォトリソグラフィー法
は、Wuへの米国特許第4,567,104号、同4,670,366、同4,8
94,303号、同5,078,771号、および同5,285,517号各明
細書に開示される。それらの特許明細書に記載されるように、この方法は、電子
ビーム輻射線への露光に比例して不透明になる、特別にドーピングされた/打ち
込まれた高エネルギービーム感受性(HEBS)ガラスから形成されたマスクを
使用する。こうして、マスクの不透明度が表面上で変動するよう、変動する電子
ビーム輻射線量にガラスの部分を露光することによりマスクが作製される。しか
しこの方法は、HEBSガラスが露光される電子ビームに対して非常に低い感度
を有するという欠点を有する。そのため、マスクを作製するのには比較的長い書
込み時間がかかり、生産時間がかかり、かつ高いコストをもたらす。
Yet another photolithographic method for producing continuously variable topography is described in US Pat. Nos. 4,567,104, 4,670,366, and 4,8 to Wu.
Nos. 94,303, 5,078,771 and 5,285,517. As described in those patent specifications, this method is formed from specially doped / implanted high energy beam sensitive (HEBS) glass that becomes opaque in proportion to exposure to electron beam radiation. Use the mask provided. Thus, the mask is made by exposing portions of the glass to varying electron beam radiation doses such that the opacity of the mask varies on the surface. However, this method has the disadvantage that the HEBS glass has a very low sensitivity to the electron beam to be exposed. Therefore, it takes a relatively long writing time, a production time, and a high cost to produce a mask.

【0014】 発明の目的および概要 そのため本発明の目的は、連続可変トポグラフィーを備えた構造またはデバイ
スを容易、迅速、かつ安価に生成し得るフォトリソグラフィー方法を提供するこ
とである。本発明のさらなる目的は、単一の、フォトリソグラフィー方法段階に
より連続可変トポグラフィーを作製するフォトリソグラフィーマスクを提供する
ことである。さらに、本発明の追加の目的は、単一のフォトリソグラフィー方法
段階により連続可変トポグラフィーを生成するフォトリソグラフィーマスクの形
成方法を提供することである。
OBJECTS AND SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a photolithographic method capable of easily, quickly and inexpensively producing structures or devices with continuously variable topography. It is a further object of the present invention to provide a photolithographic mask that produces continuously variable topography by a single, photolithographic method step. It is a further object of the present invention to provide a method for forming a photolithographic mask that produces a continuously variable topography with a single photolithographic method step.

【0015】 本発明によると、単一のフォトリソグラフィー段階方法は、連続可変(即ちア
ナログ)表面トポグラフィーを備えた構造を生成させる。本発明は、マスクの本
来の表面上で厚さを連続的に変動させる光吸収材料を備えた調整露光マスクを利
用する。光吸収材料の厚さの連続的変動のせいで、マスクを透過する光量がマス
クに相応じて空間的に調整される。こうして、調整露光マスクを使用するフォト
リソグラフィー方法では、露光および次のフォトレジストの除去が、ターゲット
基板の表面上で連続的に変動する。
According to the present invention, a single photolithography step method produces a structure with a continuously variable (ie, analog) surface topography. The present invention utilizes an adjusted exposure mask with a light absorbing material that varies thickness continuously over the original surface of the mask. Due to the continuous variation of the thickness of the light absorbing material, the amount of light transmitted through the mask is spatially adjusted accordingly. Thus, in the photolithography method using the adjustment exposure mask, the exposure and subsequent removal of the photoresist continuously vary on the surface of the target substrate.

【0016】 本発明によるフォトリソグラフィー用の調整露光マスクは、例えば上記の直接
書込み法(例えば部分的電子ビーム露光)を用いて形成させることが可能である
。調整露光マスクを形成させる1つの好ましい方法は、紫外線など所望の波長の
輻射線を吸収する材料を使用する。約数ミクロン厚であるこの吸収材料の層は、
所望の波長を透過させるより厚い層の材料上に位置して、ターゲット基板を形成
させる。その後、電子ビームレジストの層は、吸収材料層の上に形成させる。次
いで、電子ビームがe−ビームレジストを部分的に露光して、レジスト中に表面
レリーフ構造を生成させる。その後、この表面レリーフ構造を吸収材料の薄層中
に写して、本発明によるマスクを形成させる。
The adjustment exposure mask for photolithography according to the present invention can be formed by using, for example, the above-described direct writing method (for example, partial electron beam exposure). One preferred method of forming the adjustment exposure mask uses a material that absorbs radiation of a desired wavelength, such as ultraviolet light. This layer of absorbent material, which is about a few microns thick,
The target substrate is formed over a thicker layer of material that transmits the desired wavelength. Thereafter, a layer of electron beam resist is formed over the absorbing material layer. The electron beam then partially exposes the e-beam resist, creating a surface relief structure in the resist. Thereafter, the surface relief structure is transferred into a thin layer of absorbent material to form a mask according to the invention.

【0017】 好ましい実施態様の詳細な説明 本発明による一つの好ましいフォトリソグラフィー方法を、図2(a)〜2(
c)を参考にして説明すると下記の通りである。これらの図において、調整露光
マスク210は、SiOなど紫外線を吸収する材料の層220を包含する。この
吸収材料の層220は、連続して変動する表面レリーフ構造を有する。(吸収材
料220の特定の表面トポグラフィーは、以下に詳細に論じる式により生成する
。)この吸収材料220は、好ましくは非常に薄く(例えば数ミクロン厚)、機
械的強固さのためにベース230に固定されている。ベース230は、水晶など
紫外線を透過する材料から形成する。こうして、調整露光マスク210は、吸収
材料220の厚さに直接関係する吸収量を備えた吸収材料220の表面レリーフ
トポグラフィーにより紫外線を吸収する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One preferred photolithographic method according to the present invention is illustrated in FIGS.
The following is a description with reference to c). In these figures, the adjustment exposure mask 210 includes a layer 220 of a material that absorbs ultraviolet light, such as SiO. This layer 220 of absorbent material has a continuously varying surface relief structure. (The specific surface topography of the absorbent material 220 is generated by the equation discussed in detail below.) The absorbent material 220 is preferably very thin (eg, a few microns thick) and the base 230 for mechanical robustness. It is fixed to. The base 230 is formed from a material that transmits ultraviolet light, such as quartz. Thus, the adjustment exposure mask 210 absorbs ultraviolet light by surface relief topography of the absorbing material 220 with the amount of absorption directly related to the thickness of the absorbing material 220.

【0018】 その後、調整露光マスク210に具体化された特異的吸収パターンを用いて、
フォトリソグラフィー方法でフォトレジスト材料の露光を制御することが可能で
ある。図2(a)に見られるように、調整露光マスク220は、紫外線源とター
ゲット基板240の間に位置する。ターゲット基板240は、フォトレジスト材
料の層250で被覆されている。調整露光マスク210は、マスクを通してレジ
スト材料250への異なる(即ち不均一な)紫外線透過を引き起こす。当業者に
は理解されるように、レジスト材料250に到達する紫外線が多いほど、レジス
ト材料250の露光が大きくなる。こうして、レジスト材料250の露光は、調
整露光マスクの吸収パターンに対応するプロファイルでそれの表面上で変動する
Then, using the specific absorption pattern embodied in the adjustment exposure mask 210,
It is possible to control the exposure of the photoresist material by a photolithographic method. As shown in FIG. 2A, the adjustment exposure mask 220 is located between the ultraviolet light source and the target substrate 240. The target substrate 240 is covered with a layer 250 of a photoresist material. Conditioned exposure mask 210 causes different (ie, non-uniform) UV transmission through resist to resist material 250. As will be appreciated by those skilled in the art, the more ultraviolet light that reaches the resist material 250, the greater the exposure of the resist material 250. Thus, the exposure of the resist material 250 varies on its surface with a profile corresponding to the absorption pattern of the adjustment exposure mask.

【0019】 レジスト材料250を現像した後、それは図2(b)に見られるように、紫外
線へのレジスト材料250の露光度の関数である表面レリーフ構造を有する。代
わってこの表面トポグラフィーは、吸収材料220のトポグラフィーに対応する
。その後、フォトレジスト材料250の表面レリーフ構造を、イオンミルまたは
反応性イオンエッチャーでのドライエッチングなど従来のエッチング手順で、タ
ーゲット基板240に写す(図2(c)参照)。こうして、本発明による調整露
光マスクを使用して、所望の連続可変表面レリーフを備えた構造を生成させるこ
とが可能である。しかし、当業者には認識されるように、本発明による調整露光
マスクを適当に生成させて実行するために、考慮されるべき幾つかの因子がある
。これらの因子それぞれを以下に詳細に論じる。
After developing the resist material 250, it has a surface relief structure that is a function of the degree of exposure of the resist material 250 to ultraviolet light, as seen in FIG. 2 (b). This surface topography instead corresponds to the topography of the absorbing material 220. Then, the surface relief structure of the photoresist material 250 is transferred to the target substrate 240 by a conventional etching procedure such as dry etching using an ion mill or a reactive ion etcher (see FIG. 2C). Thus, it is possible to produce a structure with the desired continuously variable surface relief using the adjusted exposure mask according to the invention. However, as will be appreciated by those skilled in the art, there are several factors that must be considered in order to properly generate and implement the adjusted exposure mask according to the present invention. Each of these factors is discussed in detail below.

【0020】 最初の因子は、フォトレジストに形成された表面レリーフ構造(例えばマルチ
レベル/アナログ表面プロファイル)をターゲット基板に忠実に写す能力である
。これは、ドライエッチング、化学的に補助したエッチング、およびウェットエ
ッチングなど、様々な周知のエッチング方法により成就してもよい。イオンミリ
ングおよび反応性イオンエッチングは、フォトレジスト材料およびほとんどの所
望の基板材料の両者をエッチングできるそのような周知のエッチング方法の2例
である。
The first factor is the ability to faithfully map surface relief structures (eg, multi-level / analog surface profiles) formed in the photoresist onto the target substrate. This may be accomplished by various well-known etching methods, such as dry etching, chemically assisted etching, and wet etching. Ion milling and reactive ion etching are two examples of such known etching methods that can etch both photoresist materials and most desired substrate materials.

【0021】 ターゲット基板のエッチング速度に対するフォトレジストのエッチング速度を
制御することにより、現像されたフォトレジストに形成された構造の垂直寸法を
適宜計測し得ることは、当業者には認識されるであろう。即ち、ターゲット基板
に形成された構造の尺度は、現像されたフォトレジストに形成された構造の尺度
の選択、または基板に対するフォトレジストの相対的エッチング速度の選択のい
ずれかにより制御することが可能である。(例えば”Fabrication of Micro-Opt
ical Devices” by W. W. Anderson et al., Conf. on Binary Optics, NASA Co
nference Publication 3227, February 23-25, 1993を参照)
One of ordinary skill in the art will recognize that by controlling the photoresist etch rate relative to the target substrate etch rate, the vertical dimension of the structure formed in the developed photoresist can be measured as appropriate. Would. That is, the measure of the structure formed in the target substrate can be controlled by either selecting the measure of the structure formed in the developed photoresist, or selecting the relative etch rate of the photoresist with respect to the substrate. is there. (Eg “Fabrication of Micro-Opt
ical Devices ”by WW Anderson et al., Conf. on Binary Optics, NASA Co
nference Publication 3227, February 23-25, 1993)

【0022】 例えば反応性イオンエッチングでは、エッチングプラズマでの酸素レベルを増
加させることにより、フォトレジストのエッチング速度を増加させることが可能
である。フォトレジストのエッチング速度(Rp)に対する基板のエッチング速
度(Rs)の割合は選択性と呼ばれ、式1により与えられる: S=Rs/Rp [1] 図3に見られるように、現像したフォトレジスト構造310の高さをHとすると
、基板320へ写された構造の高さはHSとなる。
For example, in reactive ion etching, it is possible to increase the photoresist etch rate by increasing the oxygen level in the etching plasma. The ratio of the substrate etch rate (Rs) to the photoresist etch rate (Rp) is called selectivity and is given by Equation 1: S = Rs / Rp [1] As seen in FIG. Assuming that the height of the resist structure 310 is H, the height of the structure transferred to the substrate 320 is HS.

【0023】 考慮されるべき第二の因子は、フォトレジスト中にレリーフ構造(例えばマル
チレベルまたはアナログ表面プロファイル)を作製する能力である。マルチレベ
ルまたはアナログ構造を生成する単一のフォトリソグラフィー方法段階では、一
部または中間量のフォトレジストが、露光および次の現像の後に残存しなければ
ならない。ほとんどのフォトレジスト材料が二元タイプの露光反応を有している
ため、これは典型的にはフォトレジスト層を露光不足にすることまたは部分的に
露光することにより成就される。例えば、典型的ポジ型フォトレジスト材料では
、非露光域は現像時にはほとんど影響を受けないが、露光部分は現像時にほとん
ど完全に除去される。
A second factor to be considered is the ability to create a relief structure (eg, a multi-level or analog surface profile) in the photoresist. In a single photolithographic method step to create a multilevel or analog structure, some or an intermediate amount of photoresist must remain after exposure and subsequent development. Since most photoresist materials have a binary type of exposure reaction, this is typically achieved by underexposing or partially exposing the photoresist layer. For example, in a typical positive photoresist material, the unexposed areas are hardly affected during development, while the exposed portions are almost completely removed during development.

【0024】 この露光反応情報は、一般にレジスト材料のコントラスト曲線またはγ曲線と
呼ばれる。そのような曲線の例を、図4に示す。この曲線は、シプレーMF−3
21現像液で現像されたシプレーフォトレジストS3813のものである。(シ
プレー社は、フォトレジスト材料および現像液材料の周知の供給業者である。)
この曲線から、30〜100mJ/cm2のエネルギー密度が中間レベルの残余
レジストを提供し、それがこのフォトレジストでの複雑な表面レリーフ構造の形
成を可能にすることが理解されよう。コントラスト曲線でのあらゆる非直線性は
、マスクのデザインで補正することが可能である。しかし、このタイプのフォト
レジストは高コントラストで、そのため高い非直線性であり、それがマルチレベ
ルアナログフォトレジスト構造を得るための使用を困難にしている。
This exposure reaction information is generally called a contrast curve or a γ curve of the resist material. An example of such a curve is shown in FIG. This curve shows the Shipley MF-3
21 is a Shipley photoresist S3813 developed with a developer 21. (Chipley is a well-known supplier of photoresist and developer materials.)
From this curve, it can be seen that an energy density of 30-100 mJ / cm 2 provides an intermediate level of residual resist, which allows the formation of complex surface relief structures with this photoresist. Any non-linearities in the contrast curve can be corrected for in the mask design. However, this type of photoresist has high contrast and therefore high non-linearity, which makes it difficult to use to obtain multi-level analog photoresist structures.

【0025】 当業者には容易に理解されるように、高コントラストでないフォトレジスト材
料を使用することがそれよりも好ましく、適用可能なエネルギー範囲で直線特性
を有するコントラスト曲線を備えたフォトレジスト材料を使用することが最も好
ましい。フォトレジスト材料のシプレー1000シリーズは、かなりの直線反応
を生成することが示されている。部分的に露光されたシプレーフォトレジストS
TR1110の現像からもたらされた構造を図5に示す。この構造は、上記の方
法によるHEBSガラスから形成されたアナログマスクを用いて生成した。マス
クは、直線的透過プロファイルを有し、得られたフォトレジスト構造は、テンコ
ア社プロフィロメーターを用いて測定した。同様の結果を与えるAZレジストも
ある。これらは周知のフォトレジスト材料の2ブランドであるが、あらゆる従来
のフォトレジスト材料を、本発明によるフォトリソグラフィー方法に使用するこ
とが可能である。これまで書き留めたように、フォトレジスト材料は、好ましく
は、適用可能なエネルギー範囲で可能な限り直線に近いコントラスト曲線を有す
る。
As will be readily appreciated by those skilled in the art, it is preferable to use a photoresist material that does not have high contrast, and to provide a photoresist material with a contrast curve that has a linear characteristic in the applicable energy range. It is most preferred to use. Shipley 1000 series of photoresist materials have been shown to produce significant linear response. Shipley photoresist S partially exposed
The structure resulting from the development of TR1110 is shown in FIG. This structure was created using an analog mask formed from HEBS glass by the method described above. The mask had a linear transmission profile and the resulting photoresist structure was measured using a Tencore profilometer. Some AZ resists give similar results. Although these are two brands of well-known photoresist materials, any conventional photoresist material can be used in the photolithographic method according to the present invention. As noted above, the photoresist material preferably has a contrast curve that is as linear as possible over the applicable energy range.

【0026】 第三の因子は、フォトレジストの所望のマルチレベル/アナログ表面プロファ
イルを生成するために、露光輻射線(例えば紫外線)のエネルギーを空間的に調
整する能力である。これは、マスクの吸収材料の厚さを変動させることにより成
就する。当業者には知られるように、吸収材料に入力されたエネルギー(Ei)
と吸収から出力された対応するエネルギー(E)との関係は、吸収材料の厚さ
の関数として、式2、 E=E[−4πk(λ)d/λ] [2] (式中、dは吸収材料の厚さであり、kは材料の屈折率の虚数部分で、それは光
の波長(λ)の関数であり、しばしば吸収係数と呼ばれる)により与えられる。
これから、吸収材料に透過されたエネルギの割合が、吸収材料の厚さdを変動さ
せることにより制御し得ることが理解できる。
A third factor is the ability to spatially adjust the energy of exposure radiation (eg, ultraviolet light) to produce the desired multi-level / analog surface profile of the photoresist. This is achieved by varying the thickness of the absorbing material of the mask. As is known to those skilled in the art, the energy input into the absorbing material (Ei)
The relationship between the outputted corresponding energy from the absorber (E 0), as a function of the thickness of the absorbing material, wherein 2, E 0 = E i e [-4πk (λ) d / λ] [2] ( Where d is the thickness of the absorbing material and k is the imaginary part of the refractive index of the material, which is a function of the wavelength (λ) of the light and is often given by the absorption coefficient.
From this it can be seen that the proportion of energy transmitted to the absorbing material can be controlled by varying the thickness d of the absorbing material.

【0027】 厚さをdとし、空間的依存関係xおよびyを用いて式2を解釈すると、所定の
透過率を生成する吸収材料を取り入れなければならないという形式が与えられる
。 d(x、y)=[−λ/4πk(λ)]ln[E(x、y)/E] =[−λ/4πk(λ)]ln[T(x、y)] [3] 式3から、直線的透過率関数を生成するために、吸収材料の厚さが自然対数プロ
ファイルを有しなければならないことは理解されよう。こうして、マスクの吸収
材料を選択する場合には、2種の特性を考慮すべきである。
Interpreting Equation 2 with the thickness d and the spatial dependencies x and y gives the form that an absorbing material that produces a given transmission must be incorporated. d (x, y) = [− λ / 4πk (λ)] ln [E 0 (x, y) / E i ] = [− λ / 4πk (λ)] ln [T (x, y)] [3 From Equation 3, it will be appreciated that in order to generate a linear transmission function, the thickness of the absorbing material must have a natural logarithmic profile. Thus, when selecting an absorbing material for the mask, two characteristics must be considered.

【0028】 第一に、吸収材料は、必要な吸収層の厚さが作用し得るような吸収係数を有し
ていなければならない。実験から、吸収材料の最小透過率は、 T=E/E>0.25 [4] により与えられる。これは、 k(λ)d/λ<0.22 [5] とする式2の指数において、比k(λ)d/λの最大値に制限を定める。そのた
め、無理なく得られる厚さdの低限が、割り当てられなければならない。
First, the absorbing material must have an absorption coefficient such that the required thickness of the absorbing layer can work. From experiments, the minimum transmittance of the absorbing material is given by T = E 0 / E i > 0.25 [4]. This sets a limit on the maximum value of the ratio k (λ) d / λ in the exponent of Equation 2 where k (λ) d / λ <0.22 [5]. Therefore, a reasonably low thickness d must be allocated.

【0029】 通常この決定を左右する因子が、所定の厚さプロファイルを繰り返し得る能力
である。エッチング方法を促進するために選択する材料および使用される装置の
エッチング特性は、方法の反復性の鍵となる。しかし、一般にはフッ素化学を用
いた反応性イオンエッチャーまたはイオンミリングが可能な材料でエッチングさ
れ得るほとんどの材料で、許容される範囲の割合、 0.5ミクロン<d<1.5ミクロン [6] とすれば、dは、 0.15<k(λ)/λ<0.44 [7] として選択しなければならない。
[0029] A factor that usually influences this decision is the ability to repeat a given thickness profile. The materials selected to facilitate the etching method and the etching characteristics of the equipment used are key to the repeatability of the method. However, for most materials that can be etched, typically with a reactive ion etcher or ion millable material using fluorine chemistry, an acceptable range of ratios, 0.5 microns <d <1.5 microns [6] Then, d must be selected as 0.15 <k (λ) / λ <0.44 [7].

【0030】 例えば、SiOは、〜0.39ミクロン<λ<〜0.44ミクロンの波長でこ
の許容範囲を有する一材料である。この波長範囲は、従来のリソグラフィー方法
で一般に用いられる水銀アークランプのHおよびG線を包含する。しかし、理解
されるように、塩素系化学など異なるエッチング化学、またはウェット化学エッ
チングなどの異なるエッチング技術を使用すると、式6に示される範囲に影響を
与える可能性がある。もちろん、式6に示される範囲をしかるべく改良する方法
を、当業者はもちろん理解されよう。
For example, SiO is one material that has this tolerance at wavelengths of 0.30.39 microns <λ <〜0.44 microns. This wavelength range encompasses the H and G lines of the mercury arc lamp commonly used in conventional lithographic methods. However, as will be appreciated, using different etching chemistries, such as chlorine-based chemistries, or different etching techniques, such as wet chemical etching, can affect the range shown in Equation 6. Of course, those skilled in the art will of course understand how to improve the range shown in Equation 6 accordingly.

【0031】 適切な吸収材料を選択する場合に考慮すべき第二の特徴は、薄膜コーティング
形態での機械的特性である。吸収材料は、それがベース基板に密着するような均
一な方式でベース基板上に幾つかの様式で成長、スパッタリング、または付着す
ることが可能でなければならない。マスクがコンタクトマスク(contact mask)
として使用されるならば、それは定期的清浄化に耐えられなければならない。さ
らに吸収材料は、使用時の輻射線への露光により時間と共に劣化してはならない
A second feature to consider when choosing a suitable absorbent material is the mechanical properties in thin film coating form. The absorbing material must be able to grow, sputter or deposit on the base substrate in several ways in a uniform manner such that it adheres to the base substrate. The mask is a contact mask
If used as, it must withstand periodic cleaning. Furthermore, the absorbing material must not degrade over time due to exposure to radiation during use.

【0032】 本発明による調整露光マスクを実行する第四の因子は、フォトレジストの露光
において所望の調整を作製するのに必要な吸収材料の表面レリーフ構造を製作す
る能力である。当業者には認識されるように、吸収材料の所望の表面トポグラフ
ィーは、従来のリソグラフィー方法および上に論じた直接書込み法など、適切な
従来技術により生成することが可能である。例えば、吸収材料が「二元」マルチ
レベルプロファイルを有するならば、そのプロファイルは、図1に示される多段
階リソグラフィー方法を用いて形成させることが可能である。別法として、吸収
材料が「アナログ」の連続可変プロファイルを有するならば、そのプロファイル
は、あらゆる直接書込み法または上に論じたHEBSガラスを用いて形成するこ
とが可能である。
A fourth factor in implementing the conditioning exposure mask according to the present invention is the ability to fabricate the surface relief structure of the absorbing material required to make the desired conditioning in the exposure of the photoresist. As will be appreciated by those skilled in the art, the desired surface topography of the absorbing material can be produced by any suitable conventional technique, such as conventional lithographic methods and the direct writing methods discussed above. For example, if the absorbing material has a "binary" multi-level profile, that profile can be formed using the multi-step lithographic method shown in FIG. Alternatively, if the absorbing material has an "analog" continuously variable profile, that profile can be formed using any direct-write method or HEBS glass discussed above.

【0033】 アナログ表面レリーフ構造を得るために、必要なトポグラフィーを好ましくは
図6に示すように上記の直接書込み電子ビーム(e−ビーム)方法により吸収材
料上に形成させる。この方法では、吸収材料610は、ベース基板620上に位
置し、電子ビームレジスト材料の層630で被覆されている。電子ビーム感受性
レジストは、電子ビームにより部分的に露光される。e−ビームレジストへ送ら
れる電荷量は、吸収材料610で生成されるトポグラフィーに応じて変動する。
図7は、直接書込み法によりe−ビーム感受性レジストへ送られた電荷量の変動
結果を示すものである。この図において、17レベル表面レリーフ構造は、e−
ビームレジスト材料中に形成されている。その後この構造は、e−ビームレジス
ト下の吸収材料に忠実に写すことが可能である。e−ビーム感受性レジスト材料
を使用すると、HEBSガラスアプローチなど電子ビーム以外の方法で、より短
い書込み時間が提供される。
To obtain an analog surface relief structure, the required topography is formed on the absorbing material, preferably by the direct writing electron beam (e-beam) method described above, as shown in FIG. In this method, the absorbing material 610 is located on the base substrate 620 and is covered with a layer 630 of e-beam resist material. The electron beam sensitive resist is partially exposed by the electron beam. The amount of charge delivered to the e-beam resist varies depending on the topography created in the absorbing material 610.
FIG. 7 shows the result of a change in the amount of charge sent to the e-beam sensitive resist by the direct writing method. In this figure, the 17-level surface relief structure is e-
It is formed in a beam resist material. This structure can then be faithfully mapped to the absorbing material under the e-beam resist. The use of an e-beam sensitive resist material provides shorter write times with methods other than electron beam, such as the HEBS glass approach.

【0034】 吸収材料で所望の表面レリーフ構造を作製する一つの代替法は、集束イオンビ
ーム(FIB)を用いてベース基板上に材料をスパッタリングすることである。
この方法は、必要な処理段階が電子ビーム直接書込み法よりも少ないために魅力
的である。しかし、それは有意な欠点を有し、一般に除去または付着し得るのは
、3立方ミクロン毎分よりも少量の集束イオンビームである。これは言い換える
と、非常に小さなデバイスでも、調整露光マスクを生成するのに比較的長い書込
み時間がかかることになる。この書込み時間は、金属などの比較的高い吸収係数
を備えた吸収材料を選択することにより短縮することが可能である。これは、ベ
ース基板へ写す、またはそれから写されるべき材料の容積を減少させる。
One alternative for creating the desired surface relief structure with an absorbing material is to sputter the material onto a base substrate using a focused ion beam (FIB).
This method is attractive because it requires fewer processing steps than the direct electron beam writing method. However, it has significant drawbacks, and generally less than 3 cubic microns per minute of focused ion beam can be removed or deposited. In other words, even a very small device will require a relatively long writing time to generate the adjustment exposure mask. This writing time can be reduced by choosing an absorbing material with a relatively high absorption coefficient, such as a metal. This reduces the volume of material to be transferred to or from the base substrate.

【0035】 調整露光マスクを形成させるもう一つの代替法で、恐らく最も経済的なのが、
上記の「グレースケール」アプローチを使用することである。寸法がステッパの
フィールドサイズよりも小さい繰り返しパターンでは、そのパターンをマスク全
体にわたりステップし、繰り返されて、大きなコンタクトマスクまたはステッパ
マスクを作製することが可能である。ステッパのフィールドサイズよりも大きな
パターンでは、ステッパを用いて整位される一連のマスクを使用して、より大き
な独特のパターンを生成することが可能である。
Another alternative to forming a tailored exposure mask, perhaps the most economical, is
Use the "grayscale" approach described above. For repeating patterns whose dimensions are smaller than the field size of the stepper, the pattern can be stepped over the entire mask and repeated to create a large contact or stepper mask. For patterns larger than the field size of the stepper, it is possible to use a series of masks that are aligned with the stepper to create a larger unique pattern.

【0036】 本発明の好ましい一実施態様において、調整露光マスクは、吸収材料上で形成
される透明の保護層を包含する。こうして、調整露光マスクは、図8(a)およ
び8(a)に示すように、ベース基板810、所望の表面レリーフ構造を備えた
吸収材料の層820、および透明の保護層830を有する。透明保護層830は
、あらゆる様式(例えば付着、スパッタリング、成長など)で適用することが可
能である。
In one preferred embodiment of the present invention, the conditioning exposure mask includes a transparent protective layer formed on the absorbing material. Thus, as shown in FIGS. 8A and 8A, the adjustment exposure mask has a base substrate 810, a layer 820 of an absorbing material having a desired surface relief structure, and a transparent protective layer 830. The transparent protective layer 830 can be applied in any manner (eg, deposition, sputtering, growth, etc.).

【0037】 透明保護層は、少なくとも3つの重要な利点を提供する。第一に、それは吸収
材料をコンタクトリソグラフィー時、清浄時のフォトレジストから、および一般
には環境から保護する。若干の実施態様として、保護層は、図8(a)に示すよ
うにマスクの平坦な外表面を生成させるのに十分厚く適用することが可能である
。調整露光の外表面を平坦に(またはほとんどそのように)することが、汚染物
が密着し得る小さな間隙を削減する。
[0037] The transparent protective layer offers at least three important advantages. First, it protects the absorbing material from contact lithography, from photoresist during cleaning, and generally from the environment. In some embodiments, the protective layer can be applied thick enough to create a flat outer surface of the mask, as shown in FIG. 8 (a). Flattening (or almost so) the outer surface of the conditioning exposure reduces small gaps where contaminants can adhere.

【0038】 第二に、吸収材料と同じまたはほとんど同じ係数を有する保護層の材料を選択
する場合、それは吸収材料のトポグラフィーにより引き起こされる位相ひずみを
減少または排除する。この利点は、選択したリソグラフィー法のほぼ解像限界で
ある小さな形状の構造を製造するために重要となり得る。
Second, when choosing a material for the protective layer that has the same or nearly the same coefficient as the absorbing material, it reduces or eliminates phase distortion caused by the topography of the absorbing material. This advantage can be important for producing small feature structures that are almost the resolution limit of the chosen lithographic method.

【0039】 透明保護層により提供される第三の利点は、位相調整関数をマスクに付加し得
る基盤を提供することにより、マスクの機能性を向上させることである。即ち、
図8(b)に示されるように、透明コーティングにおいて表面レリーフ構造を提
供することにより、複雑な位相関数をマスクに付加することが可能である。こう
して、得られた調整露光マスクは、リソグラフィー方法での照明源の振幅および
位相の両者を調整する。より詳細には、輻射線の振幅は吸収材料の層により調整
するが、位相は透明層の表面レリーフ構造により調整する。マスクの位相および
振幅層は標準的整位技術により整位されるべきであるが、この形状は、位相シフ
トマスキング技術の技術分野では周知のように、リソグラフィー方法の解像力を
向上させる。
A third advantage provided by the transparent protective layer is to improve the functionality of the mask by providing a basis on which a phase adjustment function can be added to the mask. That is,
By providing a surface relief structure in the transparent coating, as shown in FIG. 8 (b), it is possible to add complex phase functions to the mask. The adjusted exposure mask thus obtained adjusts both the amplitude and the phase of the illumination source in a lithographic method. More specifically, the amplitude of the radiation is adjusted by the layer of the absorbing material, while the phase is adjusted by the surface relief structure of the transparent layer. The phase and amplitude layers of the mask should be aligned by standard alignment techniques, but this shape enhances the resolution of lithographic methods, as is well known in the art of phase shift masking techniques.

【0040】 調整露光マスクのこの実施態様は、ホログラフィックリソグラフィーに所望の
複雑パターンを作製するためにも活用することが可能である。従来のホログラフ
ィックリソグラフィーは、光のビームまたは次数のコヒーレント加算をあてにし
ている。同時に作製し得るパターンの複雑さは、干渉され得る光の次数、および
各次数の強度および位相制御に制限される。このような光の次数は、典型的には
鏡およびプリズムのような嵩高のマクロ光学を用いて作製される。
This embodiment of the adjustment exposure mask can also be used to create complex patterns desired for holographic lithography. Conventional holographic lithography relies on coherent summing of light beams or orders. The complexity of the patterns that can be produced simultaneously is limited by the order of the light that can be interfered and the intensity and phase control of each order. Such light orders are typically created using bulky macro optics such as mirrors and prisms.

【0041】 本発明による複雑な振幅および位相調整露光マスクを構築して、種々の振幅お
よび位相量を備えた任意の次数を生成することが可能である。この使用は、非常
に複雑なパターンをホログラフィーにより生成させる。ホログラフィックリソグ
ラフィーは非常に大きな焦点深度(数ミリメーター)を有するため、それは曲線
状表面上で高解析力のリソグラフィーを可能にする。こうして、例えば回折光学
素子、フレネル光学素子、屈折ミクロンレンズアレイ、または表面レリーフ抗反
射構造は、嵩高の屈折レンズの曲線状表面に付加することが可能である。調整露
光マスクのこの実施態様により提供されるホログラフィックリソグラフィーの高
解像力は、ステッパにおいてしばしば行われるようなパターンの映像再現によっ
てマスクパターンを計測することも可能にする。ホログラフィックリソグラフィ
ーは非映像的遠視野リソグラフィーであるため、上に論じた「グレースケール」
アプローチを用いて、吸収材料層の代わりに透過された輻射線の振幅を調整し得
ることにさらに留意すべきである。
It is possible to construct complex amplitude and phase adjustment exposure masks according to the present invention to generate arbitrary orders with various amplitude and phase amounts. This use produces very complex patterns by holography. Since holographic lithography has a very large depth of focus (a few millimeters), it enables lithography with high resolution on curved surfaces. Thus, for example, diffractive optics, Fresnel optics, refractive micron lens arrays, or surface relief anti-reflective structures can be added to the curved surface of a bulky refractive lens. The high resolution of holographic lithography provided by this embodiment of the adjusted exposure mask also allows the mask pattern to be measured by image reproduction of the pattern, as is often done in steppers. Holographic lithography is a non-visual far-field lithography, so the "gray scale" discussed above
It should further be noted that the approach can be used to adjust the amplitude of the transmitted radiation instead of the absorbing material layer.

【0042】 上に論じた調整露光マスクの実施態様は、ベース基板上に形成された吸収材料
の成形層を含んだが、本発明はこの実施態様に限定されない。例えば、十分に強
い(即ち、機械的に強固な)吸収材料層は、ベース基板がなくても単独で調整露
光マスクとして使用することが可能である。また吸収層は、嵩高のマスク基板の
一部として形成させることが可能である。例えば、HEBSガラスが完全に過剰
に露光された(さらにこうして暗化した)場合、暗化した材料は表面直下の数ミ
クロン厚の層に閉じ込められる。表面レリーフ構造がこの暗化した層の中にエッ
チングされて、本発明による調整露光マスクを形成させることが可能である。
While the above-discussed modified exposure mask embodiment includes a molded layer of absorbent material formed on a base substrate, the invention is not limited to this embodiment. For example, a sufficiently strong (ie, mechanically strong) absorbent material layer can be used alone as a conditioning exposure mask without a base substrate. The absorbing layer can be formed as a part of a bulky mask substrate. For example, if the HEBS glass was completely overexposed (and thus darkened), the darkened material would be trapped in a layer several microns thick just below the surface. Surface relief structures can be etched into this darkened layer to form a tailored exposure mask according to the present invention.

【0043】 本発明の特定の実施態様は上に記載したが、本発明がこれらの実施態様に限定
されないことは認識されよう。例えば、SiOおよび水晶は、それぞれ吸収層お
よびベース基板の材料として言及されてきた。しかし、使用されるフォトリソグ
ラフィー方法のタイプに応じて、数多くの代替材料を両者に使用し得ることは当
業者には明白であろう。また、本発明が輻射線(例えばX線、可視光など)のあ
らゆる波長を用いて様々なリソグラフィー方法に適用可能なことは、当業者には
認識されよう。
Although particular embodiments of the present invention have been described above, it will be appreciated that the present invention is not limited to these embodiments. For example, SiO and quartz have been mentioned as materials for the absorption layer and the base substrate, respectively. However, it will be apparent to those skilled in the art that many alternative materials may be used for both, depending on the type of photolithographic method used. Also, those skilled in the art will recognize that the present invention is applicable to a variety of lithographic methods using any wavelength of radiation (eg, X-rays, visible light, etc.).

【0044】 さらに、調整露光マスクは、詳細にはリソグラフィー方法用に記載したが、本
発明による調整露光マスクがその他の目的に使用し得ることは、当業者には理解
されよう。即ち、調整露光マスクは、その他の適用での振幅/強度/エネルギー
調整器として使用することが可能である。
Further, while the adjustment exposure mask has been described in detail for a lithographic method, those skilled in the art will appreciate that the adjustment exposure mask according to the present invention may be used for other purposes. That is, the adjustment exposure mask can be used as an amplitude / intensity / energy adjuster in other applications.

【0045】 こうして、本発明を種々の実施態様と組み合わせて記載してきたが、これらの
実施態様は例示にすぎず、限定とみなすべきではない。添付の特許請求の範囲の
範囲内に含まれる多くの別法、改良、および変形は、前述の詳細な説明に照らす
ことにより当業者には明白となろう。
Thus, while the present invention has been described in combination with various embodiments, these embodiments are illustrative only and should not be regarded as limiting. Many alternatives, modifications, and variations that fall within the scope of the appended claims will be apparent to those skilled in the art in light of the foregoing detailed description.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 従来のフォトリソグラフィー方法を略図として示した線図。FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a conventional photolithography method.

【図2】 本発明の一実施態様によるフォトリソグラフィー方法を略図として示した線図
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a photolithography method according to one embodiment of the present invention.

【図3】 フォトレジストのエッチング速度(Rp)に相対させた基板のエッチング速度
(Rs)を描写的に示した線図。
FIG. 3 is a diagrammatic representation of a substrate etch rate (Rs) relative to a photoresist etch rate (Rp).

【図4】 シプレーMF−321現像液で現像されたシプレーフォトレジストS3813
のコントラスト曲線を示した図。
FIG. 4 is a Shipley photoresist S3813 developed with Shipley MF-321 developer.
The figure which showed the contrast curve of.

【図5】 部分的に露光されたシプレーフォトレジストSTR1110を現像することに
より生成された構造を示した図。
FIG. 5 shows a structure generated by developing a partially exposed Shipley photoresist STR1110.

【図6】 本発明の一実施態様による調整露光マスクを形成するための直接書込み電子ビ
ーム方法を示した図。
FIG. 6 illustrates a direct-write electron beam method for forming an adjustment exposure mask according to one embodiment of the present invention.

【図7】 電子ビーム感受性レジスト材料に送られる電荷量の変動結果を示した図。FIG. 7 is a diagram showing a result of a change in the amount of charge sent to an electron beam sensitive resist material.

【図8】 本発明のその他2つの実施態様による調整露光マスクの実施態様を示した図。FIG. 8 is a diagram showing an embodiment of an adjustment exposure mask according to two other embodiments of the present invention.

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成13年5月7日(2001.5.7)[Submission date] May 7, 2001 (2001.5.7)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【特許請求の範囲】[Claims]

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZW ),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU, TJ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ, BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,C R,CU,CZ,DE,DK,DM,EE,ES,FI ,GB,GD,GE,GH,GM,HR,HU,ID, IL,IN,IS,JP,KE,KG,KP,KR,K Z,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MD ,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL, PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK,S L,TJ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG,US ,UZ,VN,YU,ZA,ZW (72)発明者 バリー、エス.マッコイ アメリカ合衆国アラバマ州、ハンツビル、 インポート、サークル、205、メンズ、オ プティカル、リミテッド、ライアビリテ ィ、カンパニー内 (72)発明者 ジェラルド、タック アメリカ合衆国アラバマ州、ハンツビル、 インポート、サークル、205、メンズ、オ プティカル、リミテッド、ライアビリテ ィ、カンパニー内 (72)発明者 スコット、マイルズ アメリカ合衆国アラバマ州、ハンツビル、 インポート、サークル、205、メンズ、オ プティカル、リミテッド、ライビリティ、 カンパニー内 (72)発明者 ブルース、ピーターズ アメリカ合衆国アラバマ州、ハンツビル、 インポート、サークル、205、メンズ、オ プティカル、リミテッド、ライアビリテ ィ、カンパニー内 Fターム(参考) 2H095 BA01 BB01 BB10 BC05 BC27 2H096 AA24 AA28 BA01 EA30 2H097 GB00 JA03 JA04 LA10 5F046 AA25 CB17 LA18 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE ), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, MW, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID , IL, IN, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZA, ZW (72) Invention Barry, S. McCoy, Alabama, U.S.A., Huntsville, Import, Circle, 205, Men's, Optical, Limited, Liability, Company (72) Inventor Gerald, Tack Alabama, U.S.A., Huntsville, Import, Circle, 205, Men's, Optical, (72) Inventor Scott, Miles Alabama, U.S.A., Huntsville, Import, Circle, 205, Men's, Optical, Limited, Liability, In-Company (72) Inventor Bruce, Peters Alabama, U.S.A. , Huntsville, Import, Circle, 205, Men's, Optical, Limited, Liability, Company F-term (reference) 2H095 BA01 BB01 BB10 BC05 BC27 2H096 AA24 AA28 BA01 EA30 2H097 GB0 0 JA03 JA04 LA10 5F046 AA25 CB17 LA18

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ターゲット基板上にフォトレジスト材料層を供給すること、 (1)吸収材料の厚さに比例した透過率の輻射線を吸収し、かつ (2)その中に形成された表面レリーフ構造を有する、吸収材料の層を通して
フォトレジスト材料に輻射線を透過させることによりフォトレジスト材料を部分
的に露光すること、 フォトレジスト材料を現像して、吸収材料中の表面レリーフ構造に対応する現
像されたフォトレジスト材料中の表面レリーフ構造を形成させること、および 現像されたフォトレジスト材料およびターゲット基板をエッチングして、現像
されたフォトレジスト材料中の表面レリーフ構造に対応するターゲット基板中の
表面レリーフ構造を形成させること、を含んでなるフォトリソグラフィー方法。
Providing a layer of photoresist material on a target substrate, (1) absorbing radiation having a transmittance proportional to the thickness of the absorbing material, and (2) surface relief formed therein. Partially exposing the photoresist material by transmitting radiation through the layer of absorbing material having a structure, developing the photoresist material and developing corresponding to the surface relief structure in the absorbing material Forming a surface relief structure in the developed photoresist material; and etching the developed photoresist material and the target substrate to provide a surface relief in the target substrate corresponding to the surface relief structure in the developed photoresist material. Forming a structure.
JP2000570637A 1998-09-17 1999-09-17 How to use the adjustment exposure mask Pending JP2002525652A (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10072898P 1998-09-17 1998-09-17
US60/100,728 1998-09-17
PCT/US1999/021284 WO2000016162A1 (en) 1998-09-17 1999-09-17 Method of using a modulated exposure mask

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002525652A true JP2002525652A (en) 2002-08-13

Family

ID=22281225

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000570637A Pending JP2002525652A (en) 1998-09-17 1999-09-17 How to use the adjustment exposure mask

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6613498B1 (en)
EP (1) EP1137969A4 (en)
JP (1) JP2002525652A (en)
AU (1) AU6147099A (en)
TW (1) TW451293B (en)
WO (1) WO2000016162A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008181083A (en) * 2007-01-24 2008-08-07 Sharp Corp Grayscale mask using smart cut (r) wafer bonding process and method for fabricating the same
JP2010527029A (en) * 2007-05-11 2010-08-05 エルジーイノテック株式会社 Halftone mask having a plurality of semi-transmissive portions and manufacturing method thereof

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6613498B1 (en) 1998-09-17 2003-09-02 Mems Optical Llc Modulated exposure mask and method of using a modulated exposure mask
JP2001235611A (en) * 2000-02-25 2001-08-31 Shimadzu Corp Holographic grating
US6485306B1 (en) * 2001-07-10 2002-11-26 Aiptek International Inc. Locus-recordable portable handwriting device
JP2002189112A (en) * 2000-12-22 2002-07-05 Canon Inc Method for manufacturing diffraction optical element, and die for manufacture of diffraction optical element and diffraction optical element manufactured by the method for manufacturing diffraction optical element, and optical system, optical appliance and aligner having the diffraction optical element, method for manufacturing device, and device
EP1361478B1 (en) * 2001-02-15 2009-12-30 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Method of manufacturing phase shift mask and phase shift mask
US7666579B1 (en) * 2001-09-17 2010-02-23 Serenity Technologies, Inc. Method and apparatus for high density storage of analog data in a durable medium
KR100476366B1 (en) * 2002-04-17 2005-03-16 엘지.필립스 엘시디 주식회사 Thin film transistor array substrate and method of manufacturing the same
US7585596B1 (en) * 2003-10-16 2009-09-08 Eric G. Johnson Micro-sculpting using phase masks for projection lithography
US20050133479A1 (en) * 2003-12-19 2005-06-23 Youngner Dan W. Equipment and process for creating a custom sloped etch in a substrate
US6979521B1 (en) 2004-06-29 2005-12-27 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method of making grayscale mask for grayscale DOE production by using an absorber layer
EP1773574B1 (en) * 2004-07-30 2009-12-09 Novartis AG Method of creating ophthalmic lenses using modulated energy
US7667324B2 (en) * 2006-10-31 2010-02-23 Avago Technologies Fiber Ip (Singapore) Pte. Ltd. Systems, devices, components and methods for hermetically sealing electronic modules and packages
US20080231600A1 (en) 2007-03-23 2008-09-25 Smith George E Near-Normal Incidence Optical Mouse Illumination System with Prism
US8099024B2 (en) * 2009-03-13 2012-01-17 Eastman Kodak Company Systems and methods of producing gradient index optics by sequential printing of toners having different indices of refraction

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4016062A (en) 1975-09-11 1977-04-05 International Business Machines Corporation Method of forming a serrated surface topography
JPS59172723A (en) 1983-03-22 1984-09-29 Nec Corp Pattern formation
US5340637A (en) * 1986-09-16 1994-08-23 Hitachi, Ltd. Optical device diffraction gratings and a photomask for use in the same
US4842969A (en) 1986-12-06 1989-06-27 Kuraray Company, Ltd. Transmittance modulation photomask, process for producing the same, and process for producing diffraction gratings using the same
US5004673A (en) 1987-04-20 1991-04-02 Environmental Research Institute Of Michigan Method of manufacturing surface relief patterns of variable cross-sectional geometry
US4895790A (en) * 1987-09-21 1990-01-23 Massachusetts Institute Of Technology High-efficiency, multilevel, diffractive optical elements
JPH0243590A (en) 1988-08-03 1990-02-14 Sharp Corp Production of blaze hologram
JPH02151862A (en) 1988-12-05 1990-06-11 Omron Tateisi Electron Co Mask for photolithography and production thereof
US5279924A (en) 1989-04-04 1994-01-18 Sharp Kabushiki Kaisha Manufacturing method of optical diffraction grating element with serrated gratings having uniformly etched grooves
US5310623A (en) * 1992-11-27 1994-05-10 Lockheed Missiles & Space Company, Inc. Method for fabricating microlenses
JPH09146259A (en) 1995-08-29 1997-06-06 Ricoh Opt Ind Co Ltd Gradation mask and its production and method for generating special surface shape by using gradation mask
US6613498B1 (en) 1998-09-17 2003-09-02 Mems Optical Llc Modulated exposure mask and method of using a modulated exposure mask

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008181083A (en) * 2007-01-24 2008-08-07 Sharp Corp Grayscale mask using smart cut (r) wafer bonding process and method for fabricating the same
JP4551922B2 (en) * 2007-01-24 2010-09-29 シャープ株式会社 Gray scale mask using SmartCut substrate bonding process and manufacturing method thereof
US7838174B2 (en) 2007-01-24 2010-11-23 Sharp Laboratories Of America, Inc. Method of fabricating grayscale mask using smart cut® wafer bonding process
JP2010527029A (en) * 2007-05-11 2010-08-05 エルジーイノテック株式会社 Halftone mask having a plurality of semi-transmissive portions and manufacturing method thereof
US8133641B2 (en) 2007-05-11 2012-03-13 Lg Innotek Co., Ltd. Half tone mask having multi-half permeation part and a method of manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
EP1137969A1 (en) 2001-10-04
WO2000016162A1 (en) 2000-03-23
AU6147099A (en) 2000-04-03
TW451293B (en) 2001-08-21
EP1137969A4 (en) 2002-11-13
US6613498B1 (en) 2003-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lin Deep UV lithography
US5004673A (en) Method of manufacturing surface relief patterns of variable cross-sectional geometry
US5234780A (en) Exposure mask, method of manufacturing the same, and exposure method using the same
JP2002525652A (en) How to use the adjustment exposure mask
US5595857A (en) Method of forming a pattern and projection exposure apparatus
JP3368947B2 (en) Reticles and reticle blanks
JP2000514933A (en) Grayscale mask and depth pattern transfer technology using inorganic chalcogenide glass
US5595844A (en) Method of exposing light in a method of fabricating a reticle
JP2001272764A (en) Photomask for projection exposure and for projection exposure method using the photomask
US5268244A (en) Self-aligned phase shifter formation
US6015644A (en) Process for device fabrication using a variable transmission aperture
JP2877200B2 (en) Photomask for exposure and method of manufacturing the same
JP2003315979A (en) Integrated circuit photofabrication mask and method of forming the same
US5543252A (en) Method for manufacturing exposure mask and the exposure mask
JPH07253649A (en) Mask for exposure and projection aligning method
JP2002116315A (en) Manufacturing method for micro optical element
JP2001507870A (en) Method and apparatus for integrating optical and interference lithography to generate complex patterns
US5660956A (en) Reticle and method of fabricating reticle
JPH08106151A (en) Phase shift mask and its production
JP3110855B2 (en) Method of manufacturing projection exposure substrate and pattern forming method using this substrate
Vladimirsky et al. Fabrication of free-standing x-ray transmission gratings and zone plates
JP2000089014A (en) Phase mask for processing optical fiber and manufacture thereof
JP3178516B2 (en) Phase shift mask
JP3130335B2 (en) Method of forming resist pattern
JPH0561183A (en) Exposing mask